由于酶具有反應(yīng)專一性、催化效率高及反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，因此在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥和環(huán)保等方面已經(jīng)得到越來越多的應(yīng)用。但總體還沒有達(dá)到大規(guī)模應(yīng)用的程度，其主要原因在于酶自身性質(zhì)上的一些不足，如不穩(wěn)定性、對pH的要求嚴(yán)格以及具有抗原性等等。因此，人們希望通過各種方法、按照需要定向地改造酶分子，甚至創(chuàng)造出自然界尚未發(fā)現(xiàn)的新酶，從而適合各行各業(yè)的需要。
1、改造酶分子的方法
目前改造酶分子的方法主要有兩種，即化學(xué)修飾法和生物酶工程法。
化學(xué)修飾法 用化學(xué)方法對酶分子迸行改造，即體外在酶的側(cè)鏈基團(tuán)上接上或去掉一些化學(xué)基團(tuán)，從而改變酶的物理化學(xué)性質(zhì)，最后達(dá)到改變酶的催化性質(zhì)的目的。
酶分子的化學(xué)修飾法技術(shù)較簡單。但大多數(shù)酶經(jīng)修飾后，理化及生物學(xué)性質(zhì)會發(fā)生改變，因此應(yīng)根據(jù)具體情況選定修飾方法，同時應(yīng)注意采取一些保護(hù)性措施來盡量維持酶的穩(wěn)定性及得率。
生物酶工程法 酶的化學(xué)修飾法并非改造酶的惟一手段。隨著人們對酶的深入研究以及氨基酸一級結(jié)構(gòu)的測定、基因重組技術(shù)的應(yīng)用等，可以徹底地改造、合成并且模擬酶。這也就是生物酶工程的主要內(nèi)容。生物酶工程主要包括基因工程技術(shù)生產(chǎn)酶和蛋白質(zhì)工程技術(shù)改造酶兩方面內(nèi)容。
基因工程技術(shù)生產(chǎn)酶 自從20世紀(jì)70年代重組DNA技術(shù)建立以來，人們在很大程度上擺脫了對天然酶的依賴�；蚬こ痰陌l(fā)展使得人們通過克隆可以比較容易地得到許多種天然的酶基因，并使其在微生物中高效表達(dá)，再通過發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。用基因工程方法生產(chǎn)酶可以大大降低酶產(chǎn)品的成本，同時可以使稀有酶的生產(chǎn)變得更加容易。
目前已有100多種酶基因克隆成功，包括尿激酶基因、凝乳酶基因等。其中纖維蛋白溶酶原激活劑和凝乳蛋白酶是應(yīng)用基因工程獲得大量酶的最成功例子。
人纖維蛋白溶酶原激活劑是一類絲氨酸蛋白酶。能使纖維蛋白溶酶原水解產(chǎn)生有活性的纖維蛋白溶酶，溶解血塊中的纖維蛋白。臨床上用于治療血栓性疾病，促進(jìn)體內(nèi)血栓的溶解。利用工程菌株生產(chǎn)的纖維蛋白溶酶原激活劑在療效上與人體合成的酶完全一效，目前已用于臨床試驗(yàn)。
凝乳蛋白酶是生產(chǎn)乳酪的必需用酶，其來源有限。從微生物中提取的凝乳蛋白酶常會引起乳酪苦味。因此，人們克隆了小牛凝乳酶基因在酵母系統(tǒng)中表達(dá)，得到的凝乳酶與從小牛胃中提取的天然酶性質(zhì)完全一致。
蛋白質(zhì)工程技術(shù)改造酶 是在基因工程的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，兩者對酶工程的貢獻(xiàn)有所區(qū)別。基因工程主要解決的是酶大量生產(chǎn)的問題，而蛋白質(zhì)工程主要是修飾（或改造）天然蛋白質(zhì)，從而獲得具有新的功能的酶或創(chuàng)造全新的酶分子。
蛋白質(zhì)工程改造酶是改變或去掉酶蛋白質(zhì)一級結(jié)構(gòu)中的某些氨基酸殘基，從而改變酶相關(guān)的功能，使酶在不影響其他功能的前提下表現(xiàn)出某種新的特性。
目前酶蛋白質(zhì)工程主要是用于工業(yè)用酶的改造，例如，洗衣粉中添加的枯草芽孢桿菌蛋白酶以加強(qiáng)去污能力，但這種酶在漂白劑的作用下易失去活性。現(xiàn)在利用蛋白質(zhì)工程技術(shù)將酶蛋白分子中的氨基酸進(jìn)行替代，使酶的抗氧化能力大大提高，因而可與漂白劑同時使用。
利用蛋白質(zhì)工程還可以設(shè)計(jì)新酶。從目前蛋白質(zhì)工程發(fā)展的水平來說，設(shè)計(jì)全新的酶還有一定的困難，但隨著蛋白質(zhì)化學(xué)、蛋白質(zhì)晶體學(xué)、酶學(xué)等相關(guān)學(xué)科研究的深入，必然會使蛋白質(zhì)工程發(fā)展剄一個更高的層次上。
2、改造酶分子的新思路
近年來，抗體酶的發(fā)展為酶分子設(shè)計(jì)提供了一個全新的思路。它打破了化學(xué)酶工程和生物酶工程的界限，結(jié)合了免疫學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、化學(xué)等技術(shù)，制備出具有高度底物專一性及特殊催化活力的新型催化抗體。人們預(yù)測，隨著新生物工程技術(shù)和噬菌體抗體庫技術(shù)的發(fā)展，將有更先進(jìn)的重組技術(shù)用來直接從抗體庫中篩選催化抗體。
